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美材料学家利用碳纳米管成功制备纳米带

美国莱斯大学(Rice University)的材料学家Pulickel Ajayan领导的研究小组发现将碳纳米管接上羧基和羟基后,充分研磨即可得到纳米带。此过程利用不同纳米体系的不用特性,可以促进纳米材料研发的革命性变化。

由美国莱斯大学(Rice University)的材料学家Pulickel Ajayan领导的研究小组发现,将碳纳米管接上羧基和羟基后,充分研磨即可得到纳米带。这一发现将帮助我们制备得到很多具有特定性能的纳米结构产物。

美材料学家利用碳纳米管成功制备纳米带

美国莱斯大学日前发明了一种非常简单的方法利用碳纳米管制备石墨烯纳米带,即通过研磨。

莱斯大学的材料学家Pulickel Ajayan说:此方法即是将两种不同类型的化学修饰碳纳米管混合。在研磨时,它们相互接触,从而发生反应并分开,目前此方法常用于化学溶液中。

Ajayan说道,这个过程仍然还是一个将分子附着在纳米管上的化学反应,即功能化。有趣的是,这个类似于研磨的简单过程可以提供固体纳米结构之间的强化学耦合,并得到许多具有特定功能的新型纳米结构产物。

在溶液中很容易发生化学反应,而本项工作是在固态条件下进行的,那么问题来了,如果我们可以用碳纳米管作为模板,将其功能化并在合适条件下发生反应,那么这些大量的纳米结构和化学官能团(chemical functional groups)反应可以得到什么?

通过此过程,可以发生新型化学反应并得到新型产物。Mohamad Kabbani是莱斯大学的一名研究生,也是本文的第一作者,他表示:利用不同纳米体系的不用特性,我们可以促进纳米材料研发的革命性变化。

高导电的石墨烯纳米带,尺寸比头发还细上几千倍,在复合材料市场上很受欢迎。纳米带大大提高了材料的电子特性以及强度。

印度钦奈理工学院(Indian Institute of Technology Chennai)的一名化学系教授Thalappil Pradeep(本研究论文的合著者)说道:通过机械-化学转换的方式控制这种结构将是开发新应用领域的关键,这种软化学方法在很多情况下都会发生,帮助我们更好地理解材料加工过程。

在试验中,研究人员制备了两组多壁碳纳米管,一种被羧基修饰而另一种被羟基修饰。当将其放在研钵中使用研杵研磨20分钟以上时,这些化学添加剂相互发生反应,使得碳纳米管变成纳米带,此过程中还产生了一种副产品水。

Ajayan表示:这种偶然的发现无疑是令人兴奋的,它将引领我们进一步系统地研究固态时碳纳米管的相互反应,我们还将从头进行理论计算和建模研究。

美材料学家利用碳纳米管成功制备纳米带

图片说明:莱斯大学的研究生Mohamad Kabbani使用研钵和研杵研磨碳纳米管,随着被研磨的碳纳米管逐渐靠近,它们发生化学反应从而产生石墨烯纳米带。
在参与此项研究的莱斯大学,印度理工学院和贝鲁特美国大学(American University in Beirut)的实验室,这些实验得以在不同的条件下不断重复。这些环境包括标准实验室环境、真空、户外和不同的湿度、温度、时间以及季节。

已在三大洲开展了合作的研究者们仍旧无法精确地获悉纳米尺度下发生了什么。Kabbani表示:这是一个放热反应,所以能量足以使纳米管破碎成为带状,但是动力学的细节很难监测到。我们无法做到将两支纳米管在显微镜下磨碎并观察这个过程,至少现在还做不到。

美材料学家利用碳纳米管成功制备纳米带

这种结果不言自明。

Ajayan说道:我不知道为什么以前人们没有发现此办法,即可以通过纳米结构上的反应物控制化学反应。我们的工作仅仅是此方向的开端,接下来我们还有好多工作要做。

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